集油間智能摻水管理的探索與實踐

曲勝龍

摘要：為解決前線崗位缺員的問題，大慶油田有限責任公司第七采油廠正在大力推進數字化建設進程。在集油間的數字化建設方面，已經實現了數據遠程采集、參數遠程調節等數字化功能，如何在數字化基礎上進行智能化升級是一項亟待解決的問題。文章提出了基于RTU的二次開發實現智能摻水管理的建設思路，主要從控制周期、調節幅度等關鍵因素上對智能摻水調節規則進行分析和討論，提出一套可行的智能摻水建設方案。通過智能摻水的應用，對集油間無人值守的推進具有重大意義。

關鍵詞：智能摻水;RTU二次開發;無人值守

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0074-02

1研究背景

1.1 整體趨勢

近年來國際油價持續走低，對石油企業的發展造成了巨大沖擊，資源型企業的核心競爭力顯著下降。同時，油田每年新入職人員數量有限，外圍油田人員補充數量少之又少，全廠員工總量逐年減少，崗位缺員現象日益凸顯。在這樣的背景下，應積極探索油田管理低成本運行的現代化管理模式和運行體系，通過數字油田、智能油田的建設，實現油田管理的提質增效的低成本運行戰略。

1.2 目前集油間數字化建設進展

目前，大慶油田有限責任公司第七采油廠在集油間的數字化建設上進展迅速，大部分集油間已完成了數字化建設。集油間數字化建設完成在即，智能化研究亦需未雨綢繆。做好集油間的智能化升級，將極大地減小摻水管理的工作量，為集油間無人值守提供技術保障。

2智能摻水的概念

要想了解智能摻水，應先了解集油間摻水的數字化改造。每個集油間由數個集油環組成。每個集油環都有一個安全生產的溫度范圍。在數字化改造前，每個集油間在白天都有班井長或資料員駐扎，晚上由夜班人員進行周期性的巡檢。按照要求，巡檢人員每2個小時需要查看一次各個環的生產情況，操作人員根據需要在生產現場旋轉手輪調節摻水閥，使摻水環的回油溫度保持在安全生產溫度范圍內。

集油間的數字化建設就是通過引進數字化設備對集油間進行改造，將集油環的回油溫度、摻水壓力、瞬時水量等數據采集并存儲，再通過生產調度系統將生產數據在網頁中展示和遠程設定。在數字化改造后，集油間的管理方式由現場駐扎轉變為遠程集中管理。在這種管理方式下，中控室人員主要通過周期性的電子巡檢來主動發現溫度、壓力、流量等參數的異常情況，然后根據需要對異常的摻水環的設定流量進行遠程重新設定，使摻水量增大或減小，進而使溫度達到安全生產溫度范圍內。隨著集油間管理的集中化，現場巡檢工作后移至中控室，人員配置也由從前的一個間由一個班組管理改革成為一個隊由一個班組管理，改革后中控班組的工作量較大。智能摻水的目的就是要通過技術手段有效減輕中控班組的工作強度，這對于數字化改革具有重要的意義。

在生產中，回油溫度是集油管理的核心，集油環管理的目的就是要把回油溫度控制在安全生產溫度范圍內。而調節回油溫度的手段則是通過調節摻水閥門的開度來控制管線內通過的熱水的流量，閥門的開度直接影響回油溫度的高低。因此，現階段的智能摻水管理就是在集油間數字化建設的基礎上對數字化設備進行擴展，讓數字化設備代替人來自動分析當前的生產情況并根據需要自動調節水量，使回油溫度保持在安全生產范圍內的一種管理方式。

3智能摻水實踐

3.1 制定合理的智能調節算法

在實際生產中，由于每個環的摻水都需要經過熱水由間到井、油水混合、由井到間幾個溫降過程，因此在每次調節閥門開度后，都需要經過一定時間的延時才能真正體現出溫度變化結果。經過調研發現，這個時間一般需要0.5小時～2小時，不同的環，情況各異，在程序中應該考慮什么時候調、多久調一次、一次調多少這三個關鍵問題。

1）什么時候調

研究智能摻水主要是為了減小人為分析和調節的工作量，對于一個管理者來說，在人為管理的時候要知道哪些情況需要調節。目前集油環摻水主要根據溫度來管理，一般來說溫度低于設定溫度時就應該開大，而高于設定溫度時就應該關小。為避免在溫度接近目標溫度時依然不斷調節，可以為其設定一個合理區間，當溫度處于這個區間內時就不再調節。

2）多久調一次

因為每個環的溫度延時時長不同，所以應該根據不同環各自的延時周期設定不同的調節頻率，需要解決以下兩個問題：

（1）確定單環的延時周期。在數字化正式運行后，就能夠遠程采集和查看歷史數據。可以通過手動修改設定流量值，再通過觀察溫度變化情況確定一個大概的延時周期。

（2）確定調節頻率。由于溫度變化的延時周期較長，如果以延時周期為調節頻率，那么在這個延時期間內存在太多的不確定性，隱患較大。可以將延時周期三等分，以延時周期的1/3為調節頻率。這樣保證了不會因為調節過于頻繁導致的過度調節，同時1/3的調節頻率也能初步體現出溫度的變化，在溫度變化的過程中能夠分析當前調節的效果，適時地進行微調。

3）一次調多少

一次調多少，即是調節的幅度，是決定系統運行效果的主要因素。調節得小了，達不到想要的效果;調節得大了，又會影響系統的穩定狀態。因此，需要考慮在每個調節節點究竟需要調多大。從影響調節幅度的主要因素入手，對以下兩個方面進行分析：

（1）由于各個摻水環內的流體狀態有區別，如果對不同的環增大或減小相同的瞬時水量，帶來的溫度變化不同。因此，需要設立一個變量ε，根據不同環的情況人為設定該變量的值。水量變化時溫度變化越敏感，則ε的值越大，反之則ε的值越小。

（2）對于同一個摻水環，其每個調節周期的調節幅度，應該和當前溫度（t當前）與目標溫度（t目標）之間的差距呈正相關。溫度相差越多，調節幅度就應該越大。

基于上述分析，對于調節的幅度，可以先定義一個基數0.05，根據影響幅度的因素，擬用以下公式用來計算流量增幅：

△q=0.05*ε*（T目標-T當前）

式中：△q --設定水量增量;?--為用戶輸入的調整系數;T目標--設定的目標溫度;T當前--從溫度表中讀取的當前溫度。

3.2 RTU二次開發

近年來，隨著數字化設備的更新換代，邊緣設備具有越來越強大的邏輯運算能力。RTU作為數字化設備中重要的組成部分，它不僅能夠將傳感器中的數據進行采集和上傳充當著數據傳輸的角色，還能進行擴展和二次開發充當集油間的大腦。目前，集油間所使用的RTU均為智能RTU，具有一定的可擴展性，可進行二次開發。此處需要同RTU廠家溝通，獲取與RTU相匹配的二次開發工具、學習工具的使用及與工具相匹配的開發語言，最后將自動控制流程編寫為代碼，寫入RTU設備中。

3.3 取得的階段性成果

目前，摻水自動控制程序已經在第二油礦部分集油間投入使用。在運行過程中，RTU設備運行平穩，與程序應用前相比未見明顯異常;各摻水環的摻水流量能夠按照制定的規則進行自動調節。

在實際應用過程中，將各集油環的目標溫度設置為35℃。以X集油間2環為例，初始時溫度為39℃上下，超出設定目標溫度。程序根據既定規則減小了2環的設定流量，使得回油溫度降低。程序按照一定的周期執行調節操作，最終平穩地將回油溫度控制在35℃上下，達到合理的溫度范圍內。

通過自動調節程序的應用使RTU具備了智能調節的功能，能夠自動分析當前摻水情況，并代替管理人員對摻水流量進行實時調節，極大地減小了集油間摻水管理工作量，進一步推進了集油間無人值守進程。

4總結

目前，我廠數字化進展迅速，如何理論聯系實際從實際出發做好智能化研究，更好地輔助管理人員工作非常重要。本文首先介紹了智能摻水的建設背景，提出了智能摻水的概念，又針對智能摻水的什么時候調、調節頻率、調節幅度幾方面關鍵問題提出了自己的觀點和論述。在實際應用中，達到了較理想的控制效果，具備一定的可推廣性，對于集油間摻水智能化建設具有一定的借鑒意義。

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